How polarity makes water behave strangely - Christina Kleinberg

چگونه ‌قطبیت موجب رفتار عجیب آب می‎شود؟ - کریستینا کلینبرگ

Transcriber: Andrea McDonough Reviewer: Bedirhan Cinar

Translator: Sara, English-Persian (Farsi) Reviewer: soheila Jafari

How come some insects are able to walk

on the surface of a pond,

بر سطح یک برکه راه بروند،

but you quickly sink to the bottom

اما وقتی شما سعی می‎کنید روی آب

when you try to walk on water?

راه بروید به سرعت پایین می‎روید؟

And why do lakes freeze from the top down in winter?

و چرا دریاچه ها در زمستان از بالا به پایین منجمد می‎شوند؟

In a word, the answer to all these questions is polarity.

در یک کلام، پاسخ همه این پرسشها قطبیت است.

Water is a simple molecule

آب یک مولکول ساده

made up of one oxygen atom and two hydrogen atoms,

متشکل از یک اتم اکسیژن و دو اتم هیدروژن است،

but it is essential to life.

In fact, water makes up approximately 60%

در واقع، نزدیک به ۶۰٪

of the adult human being's body weight.

وزن بدن افراد بالغ از آب تشکیل شده است.

The polarity within those water molecules

قطبیت درون مولکولهای آب

gives this common substance the properties

به این ماده رایج ویژگیهایی می‎بخشد

that make it unique and life-sustaining.

که آن را به ماده‎ای منحصر به فرد و حیات‎بخش تبدیل می‎کنند.

Polarity refers to the unequal sharing

قطبیت به معنای به اشتراک گذاری نابرابر

of electrons within a molecule.

الکترونهای درون یک مولکول است.

For water, the bonding between the oxygen atom

در مورد آب، وضعیت پیوند بین اتم اکسیژن

and two hydrogen atoms within a single water molecule

و دو اتم هیدروژن درون هرمولکول

is like a tug-of-war between a big, strong football player

شبیه مسابقه طناب‎کشی بین یک بازیکن تنومند و پرقدرت فوتبال

and a cute little toddler.

و یک نی‎نی کوچولوی نوپاست.

Oxygen is a larger atom,

اتم اکسیژن بزرگتر از اتم هیدروژن است،

with more protons in its nucleus than hydrogen.

و پروتون بیشتری در هسته خود دارد.

These positive charges are like a person's physical strength.

این بارهای مثبت را می‎توان به صورت قدرت فیزیکی یک شخص تعبیر کرد.

They're able to attract

آنها قادرند

the negatively charged electrons in the bond,

الکترونهای دارای بار منفی درون پیوند را جذب کنند،

just like a strong individual is able to overpower

درست مثل توانایی یک فرد قوی در غلبه بر

a weaker individual in a tug of war.

فردی ضعیف‎تر در بازی طناب‎کشی.

So, oxygen is able to attract

بنابراین، اکسیژن قادر به جذب سهمی

more than its fair share of electrons.

بیشتر از سهم عادلانه خود از الکترون است.

Because hydrogen is smaller and has less strength,

از آنجا که هیدروژن کوچکتر بوده و دارای قدرت کمتر،

or fewer protons,

یا پروتون کمتری است،

it loses the tug of war

طناب‎کشی را می‎بازد

and attracts fewer than its fair share of electrons.

و نسبت به سهم عادلانه خود میزان کمتری الکترون جذب می‎کند.

So, the oxygen in water behaves as though it's negative,

بنابراین، اکسیژن در درون آب به صورت منفی،

and the hydrogens behave as though they're positive.

و هیدروژنها به صورت مثبت رفتار می‏‎کنند.

The bonds within a single water molecule

پیوندهای درون هر مولکول آب

are called polar covalent bonds.

پیوندهای کووالانسی قطبی نامیده می‎شود. کووالانسی

Covalent means that the electrons are shared.

به این معناست که الکترونها به اشتراک گذاشته می‎شوند.

But, as we just learned,

اما، همانطور که همین الان یاد گرفتیم، قطبی

polar means that these electrons are not shared equally.

به این معناست که این الکترونها به طور مساوی به اشتراک گذاشته نمی‎شوند.

In water, the oxygen acts negative

درون آب، اکسیژن منفی عمل می‎کند

and the hydrogens act positive.

و هیدروژنها مثبت.

Since negative and positive attract,

از آنجا که مثبت و منفی به یکدیگر

that oxygen is attracted to the hydrogen atoms

جذب می‌شوند، چنین اکسیژنی به اتمهای هیدروژن

in neighboring water molecules.

مولکولهای آب مجاور جذب می‎شود.

A special type of bond forms between water molecules,

یک نوع پیوند ویژه‎ میان مولکولهای آب شکل می‎گیرد،

known as a hydrogen bond.

Hydrogen bonds don't just happen in water either.

پیوندهای هیدروژنی فقط هم در آب رخ نمی‎دهند.

They can form between a water molecule

آنها می‎توانند میان مولکولهای آب

and different substances that are polar or ionic.

و مواد مختلف قطبی و یا یونی تشکیل بشوند.

Water's ability to stick to itself is called cohesion,

قابلیت قرارگیری مولکولهای آب در کنار یکدیگر پیوستگی نام دارد،

while water's ability to stick to other substances

در حالی که قابلیت آب در چسبیدن به مواد دیگر

is called adhesion.

چسبندگی نامیده می‎شود.

Now, think back to the initial questions.

حالا، برگردیم سر سوال‎های اول.

First, why are some insects able to walk on water?

اول اینکه، چرا بعضی حشرات قادر به راه رفتن بر روی آب هستند؟

Surface tension due to hydrogen bonding

کشش سطحی حاصل از پیوند هیدروژنی

creates a thin film on the surface of water

باعث ایجاد ورقه‎ای نازک در سطح آب می‌شود

that gives enough resistance

که مقاومتی به آن می‎بخشد

for super-light insects to walk on.

که برای راه رفتن حشرات بسیار سبک کافی است.

You can't walk on it

شما نمی‎توانید روی آن

because the hydrogen bonds aren't strong enough

راه بروید زیرا پیوندهای هیدروژنی آنقدر قوی

to hold you up.

نیست که بتواند نگهتان دارد.

Why does ice float on top of liquid water?

چرا یخ بر روی آب مایع شناور می‎شود؟

For most other substances,

برای بیشتر مواد دیگر،

the solid state is more dense than the liquid state,

but that is not the case for water!

اما برای آب اینگونه نیست!

Hydrogen bonds keep water molecules

پیوندهای هیدروژنی مولکولهای آب منجمد را

farther apart in frozen water than in liquid water.

نسبت به حالت مایع دورتر از هم نگه می‎دارد.

The farther apart the molecules are,

هرچه مولکولها از هم دورتر باشند،

the less dense that solid is.

So ice is about 9% less dense than water,

بنابراین یخ در حدود ۹% کم چگال‎تر از آب است،

which means it floats on the top.

که به این معناست که روی آن شناور می‎شود.

That's why lakes freeze from the top down

به همین دلیل است که دریاچه‎ها از بالا به پایین یخ

and aquatic life is able to survive

می‎زنند و آبزیان قادر به بقا

through a cold winter every year.

در هوای سرد زمستان هرسال هستند.

It is the polarity of the water molecule

این قطبیت مولکول آب

and the resulting hydrogen bonding

و پیوند هیدروژنی حاصل از این مسئله است

that account for water's unique properties.

که مبیّن ویژگی‎های منحصر به فرد آب است.

So, the reason that water is so special,

پس، علت اینکه آب اینقدر خاص است،

from inside your cells

از آب درون سلولهایتان گرفته

to the world's oceans,

تا آب اقیانوسهای جهان،

is simply because it is a polar molecule.

این است که مولکولی قطبی است.